نقطة غليان
نقطة الغليانBoiling point لمادة هى درجة الحررة التى تتغير فيها من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية خلال جميع جزء من أجزاء السائل. ويمكن حتى يتحول السائل إلى غاز في درجة حرارة أقل من درجة حرارة الغليان خلال عملية التبخر. وعمومًا فإن التبخر ظاهرة سطحية والتى تتبخر فيها جزيئات السائل القريبة من سطح الغاز/السائل. الغليان على الناحية الأخرى هوعملية تتم لكل الجزيئات في أي مكان في السائل يحدث له تبخر, وينتج من ذلك فقاعات بخار.
وتعتمد درجة غليان أي مادة على الضغط الجوي. ويتم حساب درجات الغليان على أساس حتى الضغط الجوي عند سطح البحر يعادل 101,3 كيلوباسكال، مالم يذكر غير ذلك. ويتناقص الضغط الجوي بالارتفاع عن سطح البحر، وعليه فإن قيم الضغط البخاري اللقاءة لنقط الغليان والمطلوبة لحدوث الغليان تتناقص بدورها. وبناءً على ذلك فإن نقطة غليان مادة ما تنخفض مع زيادة الارتفاع عن سطح البحر. وعلى سبيل المثال، فإن نقطة غليان الماء عند سطح البحر تساوي 100°م ولكنها تساوي 72°م على ازدياد 3,000م فوق سطح البحر.
كيف يؤثر الضغط في الغليان
عند وضع سائل ما في وعاء مغلق، مع هجر فراغ فوق سطح السائل، يتحول بعض هذا السائل إلى بخار. ويسمى الضغط الناتج عن هذا البخار على سطح السائل بالضغط البخاري. وتثبت قيمة الضغط البخاري عندما تتساوى مع ضغط السائل.
ولوفتح الوعاء وكان الضغط الجوي يزيد عن الضغط البخاري، فلا يحدث شيء للسائل على الإطلاق. ويحتجز ضغط الهواء بخار السائل، على سطح السائل مما يؤدي إلى ثبات الضغط البخاري بدرجة كبيرة. ولكن لوكان الضغط الجوي مساويًا أوأقل من الضغط البخاري، فإن السائل يغلي. وأثناء الغليان، تتكون فقاقيع من البخار بداخل السائل وترتفع إلى سطح السائل. وبهذا يدفع البخار الهواء، ويتسرب من الفراغ الموجود فوق سطح السائل. وبسبب تسرب هذا البخار، فإن ضغطه لا يمكن حتى يثبت، ويتبخر السائل كله.
وليس ضروريًا حتى يصل السائل إلى نقطة الغليان حتى يتبخر كليًا. ويمكن توضيح هذه الحقيقة بوضع بعض الماء البارد في وعاء قليل العمق ووتعريضه للشمس في يوم شديد الحرارة. في هذه الحالة، يزيد الضغط الجوي، عن الضغط البخاري، ولذلك يبقى بخار الماء محتجزًا فوق سطح الماء. ولكن حرارة الشمس تعطي بعض جزيئات البخار طاقة حركية كافية للتغلب على الضغط الجوي والهروب إلى الهواء. وإذا جرف تيار الهواء بدوره جزئيات إضافية من البخار بعيدًا، فإن كميات إضافية من الماء تتحوّل إلى بخار وتزداد سرعة عملية التبخر. ونتيجة لذلك، يجف الماء في الوعاء بسرعة فائقة.
لماذا تختلف درجات الغليان. تختلف درجات الغليان لاختلاف قوة الربط بين جُزَيْئات مادة ما عن قوة ربط الجزيئات في المواد الأخرى. وحدثا زادت قوة الربط بين الجزيئات في مادة ما، انخفض الضغط البخاري لهذه المادة وحدثا انخفض الضغط البخاري لمادة ما، ارتفعت نقطة غليانها. فمثلاً، ترتبط جزيئات الماء بعضها ببعض بشدة. ولهذا فإن الضغط البخاري للماء منخفض جدًا، ونقطة غليانه 100°م على العكس من النتيروجين، الذي لا ترتبط جزيئاته معًا بنفس القوة التي ترتبط بها جزيئات الماء، فإن ضغطه البخاري أعلى ونقطة غليانه أقل بكثير (-195,8°م).
وبعض المواد تمتاز بوجود روابط قوية جدًا بين جزيئاتها ولاقد يكون لها في الغالب ضغط بخاري عند جميع درجات الحرارة اليومية. هذه المواد تغلي عند درجات حرارة عالية للغاية. فمثلاً، يتحول المضى للصورة السائلة عند درجة 1064,43°م ، ونقطة غليانه 2,807°م. بينما نقطة غليان الحديد، الذي يتحول إلى سائل عند 1,535°م، هي 2,750°م.
فمثلاً الهيليوم هوأقل العناصر في درجة الغليان. وأكثر العناصر في درجة الغليان هوالرينيوم. حيتث تتعدى درجة حرارة غليانه هووالتنجستين 5000 كلفن في الضغط القياسي, ونظرا لصعوبة قياس ذلك بدقة فإنه لا يعهد بدقة ما إذا كان الرينيوم أوالتنجستين له درجة حرارة غليان أعلى.
عملية التحول من سائل إلى غاز تتطلب كمية من الحرارة تسمى الحراة الكامنة للتبخر. وبزيادة كمية الحرارة الواقعة على أى سائل عن نقطة الغليان ، فإن هذه الحرارة تستخدم في تحويل حالة المادة السائلة إلى غازية ، وعلى هذا فإن درجة حرارة المادة تظل كما هى على الرغم من زيادة الحرارة الواقع تحتها السائل . كما حتى حدثة كامن ( latent ) هى لاتينية الأصل وتعنى مختبئ ، وهنا تعنى حتى الحرارة التى تضاف لا تظهر في شكل زيادة درجة حرارة السائل . ونظرا لأن زيادة الحرارة الواقعة على السائل لا تحدث تغيير في درجة حرارته فإن المحتوى الحرارى للسائلقد يكون لا نهائي عند نقطة الغليان.
وبالحديث عن التفاعلات البين جزيئية ، فإن نقطة الغليان تمثل النقطة التى تكتسب فيها جزيئات السائل الطاقة اللازمة للتغلب على قوى الجذب البين جزيئية المتنوعة والتى تربط الجزيئات بالسائل ( مثل قوى الجذب ثنائيةالقطب-ثنائية القطب ، قوى الجذب ثنائية القطب-اللحظية ثنائية القطب الحثية ، الرابطة الهيدروجينية ) وعلى هذا فإن نقطة الغليان تعبر عن مقدار قوى الجذب .
نقطة الغليان للماء 100 °C أى 212 °F في ظروف الضغط القياسية . وعلى قمة جبل إفرستقد يكون الضغط مساويا 260 mbar تقريبا ، وتكون نقطة الغليان 69 °C .
وبتعبير أكثر دقة طبقا لمفاهيم الثيرمودينامكس ، فإن نقطة الغليان الطبيعية للماء هى 99.97 درجة مئوية ( في ضغط 1 أتموسفير ، 101,325 بسكال ) . وحتى عام 1982 كان ذلك نقطة الغليان القياسية ، ولكن IUPAC إقترحت ضغط قياسيى مقداره 1 بار ( 100,000 بسكال ) . وعند هذا التقليل البسيط في الضغط تصبح نقطة غليان الماء 99.61 درجة مئوية .
(Cf. DeVoe, Howard, Thermodynamics and Chemistry. Prentice-Hall, 2001)
درجة الحرارة والضغط تشبع
| where: | |
| = the normal boiling point, K | |
| = the ideal gas constant, 8.314 J · K-1 · mol-1 | |
| = is the vapor pressure at a given temperature, atm | |
| = the heat of vaporization of the liquid, J/mol | |
| = the given temperature, K | |
| = the natural logarithm to the base e |
العلاقة بين نقطة الغليان الطبيعية وضغط البخار السوائل
خصائص العناصر
انظر أيضا
- تأثير لادين فورست
- نقطة الوميض
- تسخين فائق
- درجة حرارة حرجة
- نقطة ثلاثية
- Boiling-point elevation
- Critical point (thermodynamics)
- Ebulliometer
- Joback method (Estimation of normal boiling points from molecular structure)
- Superheating
- Trouton's constant
وصلات خارجية
هذا القسم فارغ. بإمكانك المساعدة بأن تضيف إليه. (June 2010)
|
المصادر
- [1]
- المعهدية الكاملة
